由於德軍在雅西-基什尼奧夫地區的慘敗,羅馬尼亞的政局也因此發生了風起雲湧的變化:羅馬尼亞的反法西斯力量在共產黨領導下,於8月23日舉行了武裝起義,推翻了安東尼斯庫的法西斯統治,成立了新政府。8月24日,羅馬尼亞新政府聲明退出法西斯集團,並對德宣戰。為了鎮壓起義,德軍於8月24日晨野蠻地轟炸了羅馬尼亞首都,並向布加勒斯特發動了進攻,妄圖通過“采取一切手段把羅馬尼亞從歐洲版圖上抹掉,讓羅馬尼亞人作為一個民族不複存在”。8月29日,蘇軍最高統帥部大本營給烏克蘭第2、第3方麵軍下達了徹底殲滅在羅馬尼亞的德軍的新任務。8月30日,烏克蘭第二方麵軍占領了羅馬尼亞石油工業的中心——普洛耶什蒂。8月30日和31日,第6坦克集團軍、第53集團軍以及以圖多爾·弗拉季米列斯庫命名的羅馬尼亞誌願軍步兵第1師的部隊,開進布加勒斯特。蘇軍會同在作戰士隸屬烏克蘭第2方麵軍的羅馬尼亞軍隊,於10月25日完全肅清了羅馬尼亞境內的占領者。
1944年8月23日羅馬尼亞人民武裝起義後,取締了德國駐布加勒斯特辦事處,將德軍軍官押往他處。9月5日,烏克蘭第3方麵軍已進軍到羅馬尼亞和保加利亞邊境。蘇聯政府因此宣布,即刻起:蘇聯將同保加利亞處於戰爭狀態。在這種極為有利的形勢下,保加利亞共產黨加緊了武裝起義的準備。9月5日,保加利亞工人黨中央政治局和人民解放起義軍總司令部製定了武裝起義計劃。根據保加利亞工人黨和祖國陣線的指示,在全國範圍內掀起了強大的反法西斯群眾運動的熱潮。索非亞、普羅夫迪夫、瓦爾納市等城市的工人紛紛上街遊行。9月7日,普列文的勞動群眾攻占了監獄,釋放了大批政治犯。9月8日,全國舉行大罷工。在這種形勢下,蘇軍在幾乎沒有保加利亞軍隊抵抗的情況下開進了保加利亞領土,成為促進該國人民革命的強大因素。9月9日夜,在保加利亞共產黨領導下,索非亞市爆發了人民武裝起義,法西斯集團被推翻。全國政權轉入祖國陣線手中。保加利亞與德國斷絕關係,對德宣戰。9月16日,烏克蘭第3方麵軍在市民的熱烈歡迎下開進保加利亞首都。第二天,經改編後的保加利亞軍隊在作戰上隸屬烏克蘭第3方麵軍,同法西斯軍隊一直打到戰爭結束。
羅馬尼亞和保加利亞的解放,更加鞏固了蘇聯武裝力量的戰略態勢,使得蘇軍從四麵逼進第三帝國。